WO2011027384A1 - 薄膜製造装置、太陽電池製造装置、薄膜製造方法及び太陽電池製造方法 - Google Patents

薄膜製造装置、太陽電池製造装置、薄膜製造方法及び太陽電池製造方法 Download PDF

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pressure
layer
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coupled plasma
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節原裕一
井野英二
石原俊一
渡邉亮
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株式会社エバテック
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a thin film laminate in which a plurality of thin films are laminated.
  • This apparatus can be suitably used for manufacturing a thin film solar cell.
  • One type of solar cell is a pin-type thin film solar cell in which a p-type semiconductor layer (p layer), an intrinsic semiconductor layer (i layer), and an n-type semiconductor layer (n layer) are stacked in this order.
  • p layer p-type semiconductor layer
  • i layer intrinsic semiconductor layer
  • n layer n-type semiconductor layer
  • the pin-type thin film solar cell was manufactured by sequentially manufacturing a p layer, an i layer, and an n layer in the same chamber in the early days (see Patent Document 1).
  • this method there is a possibility that raw materials of other layers are mixed in each of the p layer, the i layer, and the n layer.
  • doping atoms (donor atoms) to be doped in the p layer are mixed into the i layer or n layer, or doping atoms (acceptor atoms) to be doped into the n layer are mixed into the p layer or i layer.
  • Each layer does not have a predetermined electrical characteristic.
  • Patent Document 2 describes a solar cell manufacturing apparatus in which a p-layer manufacturing chamber, an i-layer manufacturing chamber, and an n-layer manufacturing chamber are disposed around a center vacuum chamber in which a substrate transfer device is disposed.
  • a p layer (n layer) is produced on a substrate in a p layer (or n layer) production chamber, and then the substrate is transferred to the i layer production chamber and then i is formed on the p layer (n layer).
  • a layer is formed, and finally the substrate is transferred to an n-layer (or p-layer when n-layer is first produced) fabrication chamber, and then an n-layer (p-layer) is produced on the i-layer.
  • Patent Document 3 describes that the p layer and the n layer are manufactured using a capacitively coupled plasma generating apparatus, and the i layer is manufactured using an inductively coupled plasma generating apparatus.
  • the reason why the capacitively coupled plasma generating apparatus and the inductively coupled plasma generating apparatus are properly used is as follows.
  • the p layer and the n layer are more likely to have lattice defects than the i layer when doped with impurities. Lattice defects scatter electrons and cause energy loss.
  • the p-layer and n-layer are made as thin as possible (several nm to several tens of nm) while the i-layer is sufficiently thick (hundreds to several thousand nm) so that the lattice defects in pin type solar cells are reduced as a whole.
  • the thickness of the i layer is set to a size necessary for sufficiently absorbing light energy.
  • an i layer with a large thickness is formed using an inductively coupled plasma generator to form a film at a high speed, and a capacitively coupled plasma generator is used for a p layer and an n layer with a small thickness to reduce costs. It is common to make them.
  • JP-A-57-095677 page 3, upper right column, line 20 to lower left column, line 13; Fig. 1
  • Japanese Patent Laid-Open No. 08-236795 [0013] to [0027], FIG. 1
  • JP 2001-291882 A [0048]
  • Inductively coupled plasma generators generate plasma under a pressure of about 0.1 Pa to 10 Pa
  • capacitively coupled plasma generators generate plasma under a pressure of several tens of Pa to several hundred Pa. Therefore, when the substrate is transferred between the chamber for manufacturing the p layer or the n layer and the chamber for manufacturing the i layer, gas flows into the i layer manufacturing chamber from the p layer or the n layer manufacturing chamber. Due to the influence of this gas, the i layer is contaminated by impurity atoms doped in the p layer or the n layer.
  • the problem to be solved by the present invention is to use an inductively coupled plasma generating apparatus and a capacitively coupled plasma generating apparatus in combination, and prevent each layer of the thin film stack from being contaminated with other layer materials. It is providing the thin film manufacturing apparatus, solar cell manufacturing apparatus, and thin film manufacturing method which can be performed.
  • the thin film manufacturing apparatus made to solve the above problems is an apparatus for producing a thin film laminate on a substrate, a) a capacitively coupled plasma film forming chamber provided with a capacitively coupled plasma generating means and having a first opening that can be closed so as to maintain the pressure during capacitively coupled plasma generation; b) an inductively coupled plasma film forming chamber provided with an inductively coupled plasma generating means and having a second opening that can be closed so as to maintain the pressure during inductively coupled plasma generation; c) Communicating with the capacitively coupled plasma deposition chamber through the first opening and communicating with the inductively coupled plasma deposition chamber through the second opening, the capacitively coupled plasma deposition chamber and the inductively coupled plasma deposition A substrate transfer chamber internally provided with substrate transfer means for transferring the substrate between the chambers; d) a first transfer chamber pressure that is equal to or higher than the pressure at the time of capacitively coupled plasma generation by a first predetermined value than the pressure at the time of capacitively coupled plasma generation; Transfer chamber pressure
  • the deposition gas enters the substrate transfer chamber from the capacitively coupled plasma deposition chamber.
  • the benefit is that it can be prevented more reliably.
  • the first predetermined value is appropriately determined in consideration of the above-mentioned profit and disadvantage. The same applies to the second predetermined value.
  • a thin film laminate in which at least two layers (three or more layers) of a first thin film and a second thin film are laminated is produced on a substrate.
  • the case where the second thin film is formed on the surface of the first thin film after the first thin film is manufactured will be described as an example.
  • a first thin film is formed on a substrate in a capacitively coupled plasma deposition chamber.
  • the pressure in the substrate transfer chamber is set to the first transfer chamber pressure. In this pressure state, the first opening is opened, and the substrate is transferred from the capacitively coupled plasma deposition chamber to the substrate transfer chamber through the first opening.
  • the pressure in the substrate transfer chamber is switched from the first transfer chamber pressure to the second transfer chamber pressure.
  • the second opening is opened, and the substrate is transferred from the substrate transfer chamber through the second opening to the inductively coupled plasma deposition chamber.
  • the laminated body of a 1st thin film and a 2nd thin film is obtained by producing a 2nd thin film on a 1st thin film in an inductively coupled plasma film-forming chamber.
  • the first thin film can be formed on the second thin film in the capacitively coupled plasma film forming chamber.
  • the pressure in the substrate transport chamber is equal to or higher than the pressure in the capacitively coupled plasma film forming chamber.
  • the substrate is transferred between the inductively coupled plasma film forming chamber and the substrate transfer chamber, it is possible to suppress the movement of the film forming gas from the inductively coupled plasma film forming chamber to the substrate transfer chamber. Therefore, each layer can be prevented from being contaminated with materials of other layers.
  • a cutoff gas supply means for supplying a cutoff gas for blocking the movement of the gas can be provided.
  • An inert gas such as a rare gas or a nitrogen gas can be suitably used as the cutoff gas because it does not react with the material of the thin film.
  • a plasma generating gas for example, hydrogen gas
  • the same gas as the plasma generation gas can be suitably used as the cutoff gas.
  • the gas source can be made common, so that the apparatus configuration can be simplified.
  • One of the two capacitively coupled plasma deposition chambers is a p-type semiconductor thin film deposition chamber and the other is an n-type semiconductor thin film deposition chamber,
  • One chamber of the inductively coupled plasma deposition chamber is a deposition chamber for an intrinsic (i-type) semiconductor thin film.
  • the thin film manufacturing apparatus can be suitably used as a solar cell manufacturing apparatus.
  • the first aspect of the thin film manufacturing method is a method for producing a laminate of thin films having at least a first layer and a second layer on a substrate, a) A step of producing a first layer by depositing a material of the first layer on the substrate using a capacitively coupled plasma generating means in the first film forming chamber under the pressure of the first film forming chamber.
  • a second layer material is deposited on the first layer by depositing the material of the second layer on the first film using inductively coupled plasma generating means under the pressure of the second film forming chamber.
  • a second aspect of the thin film manufacturing method is a method of producing a thin film laminate having at least a first layer and a second layer on a substrate, a) A step of producing a first layer by depositing a material of the first layer on the substrate using an inductively coupled plasma generating means under the pressure of the first film formation chamber in the first film formation chamber.
  • a second layer material is deposited on the first layer by using a capacitively coupled plasma generating means under the pressure of the second film forming chamber. And a process of It is characterized by having.
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes a first layer made of at least a p-type semiconductor or an n-type semiconductor thin film on a substrate, a second layer made of an intrinsic semiconductor thin film, and the first layer being a p-type semiconductor. And a third layer made of a p-type semiconductor when the first layer is an n-type semiconductor, and a method of manufacturing a solar cell, a) In the first film formation chamber, the first layer is produced by depositing the material of the first layer on the substrate using a capacitively coupled plasma generating means under the pressure of the first film formation chamber.
  • Process b) a step of transferring the substrate from the first film formation chamber to a second film formation chamber through a transfer chamber, wherein the substrate is equal to the first film formation chamber pressure or the first film formation chamber pressure; After the transfer from the first film formation chamber to the transfer chamber under the first transfer chamber pressure higher than the first predetermined value, the pressure in the transfer chamber is the same as the second film formation chamber pressure described later or A step of changing the pressure to a second transfer chamber pressure that is higher than the film formation chamber pressure by a second predetermined value, and transferring the substrate to the second film formation chamber; c) In the second film forming chamber, a second layer material is deposited on the first layer by depositing the material of the second layer on the first film using inductively coupled plasma generating means under the pressure of the second film forming chamber.
  • a third layer is produced by depositing a material of the third layer on the second layer using a capacitively coupled plasma generating means under the pressure of the third film forming chamber in the third film forming chamber. And a process of It is characterized by having.
  • the first film formation chamber pressure and the third film formation chamber pressure correspond to the capacitively coupled plasma generation pressure
  • the second film formation chamber pressure corresponds to the inductively coupled plasma generation. Corresponds to hour pressure.
  • the term “above” is used, such as “on the substrate”, “on the first layer”, etc., but this term refers to the substrate, the thin film, etc. when the apparatus is used or when the thin film or solar cell is manufactured. It does not limit the direction of the.
  • the case where the thin film forming surface of the substrate, the first layer, or the like is set to a direction other than upward, such as laterally or downwardly, is also included in the scope of the present invention.
  • each layer of the thin film stack becomes another layer when producing the thin film stack. It can be prevented from being contaminated with the material.
  • thin film laminated bodies such as a solar cell, can be produced with high quality, high speed, and low cost.
  • the schematic block diagram which shows one Example of the solar cell manufacturing apparatus (thin film manufacturing apparatus) which concerns on this invention.
  • the longitudinal cross-sectional view which shows an example of the pin type thin film solar cell (a) produced by the solar cell manufacturing apparatus of a present Example, and a tandem type solar cell (b).
  • This solar cell manufacturing apparatus and method are for manufacturing a pin-type thin film solar cell 20 shown in FIG.
  • the pin-type thin film solar cell 20 is provided on a transparent substrate S made of glass or the like, and includes a p-type semiconductor thin film (p layer) 21, an intrinsic semiconductor thin film (i layer) 22, and an n-type semiconductor thin film (n layer) 23.
  • p layer p-type semiconductor thin film
  • i layer intrinsic semiconductor thin film
  • n layer n-type semiconductor thin film
  • the p layer 21 is made of a p-type semiconductor in which a small amount of boron is doped in silicon
  • the i layer 22 is made of a single silicon (intrinsic semiconductor)
  • the n layer 23 is made of an n-type semiconductor in which a small amount of phosphorus is doped in silicon.
  • the thickness of the p layer 21 and the n layer 23 is several nm, whereas the thickness of the i layer 22 is sufficiently thicker than the p layer 21 and the n layer 23 and is about 600 nm.
  • the solar cell manufacturing apparatus 10 of this embodiment includes a p-type semiconductor thin film deposition chamber (p layer deposition chamber) 11, an intrinsic semiconductor thin film deposition chamber (i layer deposition chamber) 12, an n-type semiconductor thin film deposition chamber ( n layer deposition chamber) 13, substrate carry-in / out chamber 14, and substrate transfer chamber 15.
  • the p-layer deposition chamber 11 includes a first vacuum vessel 111, a first substrate base 112 that also serves as a lower electrode, a first upper electrode 113, a first gas supply port 114, a first exhaust device 115, and a first opening 116.
  • the first substrate stand 112 is provided in the first vacuum vessel 111 and serves as a ground electrode for placing the substrate S and applying a high frequency voltage to the first upper electrode 113.
  • the first substrate stand 112 includes a heater for heating the substrate S and a thermocouple for measuring the temperature at the time of heating.
  • the first upper electrode 113 is provided in the first vacuum vessel 111 so as to face the first substrate table 112.
  • the first upper electrode 113 is connected to the high frequency power supply 118 via the impedance matching unit 117.
  • the first gas supply port 114 is an opening of a tube that passes through the first upper electrode 113 and reaches the lower surface of the first upper electrode 113, and is converted into plasma by applying the source gas of the p layer 21 and the above-described high-frequency voltage. For supplying plasma generating gas.
  • the first substrate base 112, the first upper electrode 113, and the first gas supply port 114 constitute capacitively coupled plasma generating means.
  • the first exhaust device 115 includes a vacuum pump for evacuating the inside of the first vacuum vessel 111.
  • the first opening 116 has a gate that can be opened and hermetically closed, and allows the p-layer deposition chamber 11 and the substrate transfer chamber 15 to communicate with each other. Further, a cutoff gas supply nozzle (shutoff gas supply means) 119 for ejecting a cutoff gas in the vicinity of the first opening 116 is provided on the substrate transfer chamber 15 side of the first opening 116. When the shut-off gas is ejected from the shut-off gas supply nozzle 119, an air curtain is formed in the first opening 116. Thereby, it is possible to prevent the gas in the p-layer film forming chamber 11 and the gas in the substrate transfer chamber 15 from being mixed when the first opening 116 is opened.
  • the i-layer deposition chamber 12 includes a second vacuum vessel 121, a second substrate base 122, a high frequency antenna 123, a second gas supply port 124, a second exhaust device 125, and a second opening 126.
  • the second substrate table 122 is for mounting the substrate S, and has a heater and a thermocouple for heating the substrate S to a predetermined temperature. However, unlike the first substrate table 112, the second substrate table 122 does not function as an electrode.
  • the high frequency antenna 123 is for generating a high frequency electromagnetic field in the second vacuum vessel 121.
  • a plurality of high-frequency antennas 123 are attached to an antenna holding part 1231 provided so as to protrude into the second vacuum container 121 from the upper wall of the second vacuum container 121.
  • Each high frequency antenna has a U-shape when viewed from the upper wall side of the second vacuum vessel 121.
  • the plurality of high frequency antennas 123 are connected in parallel to the high frequency power supply 128 via the impedance matching unit 127.
  • the second gas supply port 124 is provided in the vicinity of the upper surface of the second substrate base 122 and supplies the source gas and plasma generation gas for the i layer 22 into the second vacuum vessel 121.
  • the high frequency antenna 123 and the second gas supply port 124 constitute inductively coupled plasma generating means.
  • the second exhaust device 125 and the second opening 126 have the same configuration as the first exhaust device 115 and the first opening 116.
  • the n-layer deposition chamber 13 includes a third vacuum vessel 131, a third substrate stage 132 that also serves as a lower electrode, a third upper electrode 133, a third gas supply port 134, a third exhaust device 135, and a third opening 136.
  • a third vacuum vessel 131 a third substrate stage 132 that also serves as a lower electrode
  • a third upper electrode 133 a third gas supply port 134
  • a third exhaust device 135 a third opening 136.
  • Each component of the n-layer deposition chamber 13 has the same configuration as each component of the p-layer deposition chamber 11.
  • the substrate carry-in / out chamber 14 includes a fourth vacuum vessel 141, a fourth substrate base 142, and a fourth exhaust device 145 for evacuating the fourth vacuum vessel 141.
  • the fourth vacuum container 141 is provided with a substrate transfer chamber side opening 1461 that allows the substrate carry-in / out chamber 14 and the substrate transfer chamber 15 to communicate with each other, and an external-side opening 1462 that allows the substrate carry-in / out chamber 14 to communicate with the outside. Gates that can be opened and hermetically closed are provided in the substrate transfer chamber side opening 1461 and the external side opening 1462, respectively.
  • the substrate transfer chamber 15 includes a rectangular parallelepiped fifth vacuum vessel 151, a pressure adjusting gas supply port 154 provided at one end in the longitudinal direction of the fifth vacuum vessel 151, and a fifth exhaust device provided at the other end in the longitudinal direction. 155.
  • the pressure in the fifth vacuum container 151 can be increased (the degree of vacuum is decreased) by supplying the pressure adjustment gas from the pressure adjustment gas supply port 154. Further, the pressure in the fifth vacuum vessel can be reduced (the degree of vacuum is increased) by the fifth exhaust device 155. As described above, the pressure in the fifth vacuum container 151 can be adjusted by the pressure adjusting gas supply port 154 and the fifth exhaust device 155.
  • an i-layer film forming chamber 12 In the fifth vacuum container 151 of the substrate transfer chamber 15, an i-layer film forming chamber 12, an n-layer film forming chamber 13, a p-layer film forming chamber 11, and a substrate carry-in / out chamber 14 are sequentially arranged from the side closer to the fifth exhaust device 155. They are connected in parallel in the longitudinal direction.
  • the reason why the i-layer film forming chamber 12 is arranged at a position closest to the fifth exhaust device 155 is that the substrate transfer is performed when the substrate S is carried in and out between the substrate transfer chamber 15 and the i-layer film forming chamber 12. This is because it is necessary to make the pressure in the chamber 15 the lowest (the highest degree of vacuum).
  • a substrate transfer device 152 is provided in the fifth vacuum container 151.
  • the substrate transfer device 152 includes a plate-like base portion 1521, a substrate gripper 1522 provided on the lower surface of the base portion 1521 that can grip and release the substrate S, and the base portion 1521 in the longitudinal direction of the fifth vacuum container 151. It has a vertical movement means (not shown) for moving in the (vertical direction) and a horizontal movement means (not shown) for moving the base portion 1521 in the horizontal direction.
  • a mixed gas of silane and diborane is used as the raw material gas for the p layer 21
  • silane is used as the raw material gas for the i layer 22
  • a mixed gas of silane and phosphine is used as the raw material gas for the n layer 23.
  • a plasma generation gas hydrogen gas is used in any film forming chamber. Further, hydrogen gas is also used for the shut-off gas and the pressure adjusting gas. In this way, by using the same gas as the plasma generation gas for the shut-off gas and the pressure adjusting gas, the gas source can be made common, so that the apparatus configuration can be simplified.
  • a method for manufacturing the pin-type thin film solar cell 20 using the solar cell manufacturing apparatus 10 of the present embodiment will be described.
  • the external opening 1462 of the substrate carry-in / out chamber 14 is opened, and the substrate S is placed on the fourth substrate table 142 using a known transfer robot.
  • the external opening 1462 is closed, and the pressure in the substrate carry-in / out chamber 14 is lowered to 0.1 Pa to 10 Pa by the fourth exhaust device 145.
  • the inside of the substrate transfer chamber 15 is lowered to the same pressure as the inside of the substrate carry-in / out chamber 14 or slightly higher than the inside of the substrate carry-in / out chamber 14 by the fifth exhaust device 155.
  • the pressure difference between the substrate carry-in / out chamber 14 and the substrate transfer chamber 15 is generally within 20%.
  • the substrate transfer chamber side opening 1461 of the substrate carry-in / out chamber 14 is opened.
  • the base portion 1521 of the substrate transfer apparatus 152 is moved into the substrate carry-in / out chamber 14 by the lateral movement means, and the substrate S on the fourth substrate table 142 is gripped by the substrate gripper 1522.
  • the substrate S is transferred from the substrate carry-in / out chamber 14 to the substrate transfer chamber 15 by moving the base portion 1521 from the substrate carry-in / out chamber 14 to the substrate transfer chamber 15 by the lateral movement means.
  • the substrate transfer chamber side opening 1461 is closed.
  • the base portion 1521 is moved to the side of the p-layer film forming chamber 11 by the vertical moving means included in the substrate transfer device 152.
  • the pressures in the p-layer film forming chamber 11 and the substrate transfer chamber 15 are adjusted as follows.
  • the inside of the p layer deposition chamber 11 is evacuated by the first exhaust device 115.
  • the pressure in the p-layer film forming chamber 11 is increased to a predetermined value (for example, 20 to 500 Pa) (the degree of vacuum is decreased).
  • hydrogen gas is supplied from the pressure adjustment gas supply port 154.
  • the pressure in the substrate transfer chamber 15 is increased to a first transfer chamber pressure that is the same as or slightly higher than that of the p-layer deposition chamber 11 (the degree of vacuum is reduced). It should be noted that the pressure difference between the inside of the p-layer film forming chamber 11 and the inside of the substrate transfer chamber 15 is generally within 20%.
  • the first opening 116 is opened while hydrogen gas is ejected from the shut-off gas supply nozzle 119.
  • the base portion 1521 is put into the p-layer film forming chamber 11 by the lateral movement means, and the substrate S is released from the substrate gripper 1522, whereby the substrate S is placed on the first substrate table 112 in the p-layer film forming chamber 11. Place.
  • the base portion 1521 is moved from the p-layer film forming chamber 11 to the substrate transfer chamber 15 by the lateral movement means to close the first opening 116 and stop the ejection of hydrogen gas from the shut-off gas supply nozzle 119.
  • a high frequency voltage is applied between the first substrate base 112 and the first upper electrode 113 by the high frequency power supply 118. Apply. Thereby, plasma is generated by the capacitive coupling method to decompose the source gas, and the decomposed source is deposited on the substrate S, thereby forming the p layer 21.
  • the substrate S is heated to a predetermined temperature by the heater of the first substrate base 112.
  • the supply of gas from the first gas supply port 114 is stopped, the pressure in the p layer deposition chamber 11 is maintained, and the first opening 116 is opened. At that time, the pressure in the substrate transfer chamber 15 is kept at the first transfer chamber pressure. Then, the substrate S is transferred from the p-layer film forming chamber 11 to the substrate transfer chamber in the same manner as when the substrate S is transferred from the substrate carry-in / out chamber 14 to the substrate transfer chamber 15 while ejecting hydrogen gas from the shut-off gas supply nozzle 119. 15 to transport. Thereafter, the first opening 116 is closed.
  • the base portion 1521 is moved to the side of the i-layer film forming chamber 12 by the vertical moving means.
  • the pressure in the i-layer film forming chamber 12 is set to a predetermined value between 0.1 and 10 Pa, which is the pressure during inductively coupled plasma generation, by the second exhaust device 125 and the second gas supply port 124.
  • the pressure in the substrate transfer chamber 15 is lowered to a second transfer chamber pressure that is the same as or slightly higher than that at the time of inductively coupled plasma generation (the degree of vacuum is increased) by the fifth exhaust device 155. It should be noted that the pressure difference between the i-layer deposition chamber 12 and the substrate transfer chamber 15 is generally within 20%.
  • the second opening 126 is opened while hydrogen gas is ejected from the shut-off gas supply nozzle 129, and the substrate S is moved to the second substrate base by the same method as when the substrate S is placed on the first substrate base 112. It is placed on 122.
  • the base portion 1521 is moved from the i-layer film forming chamber 12 to the substrate transfer chamber 15 by the lateral movement means, the supply of hydrogen gas from the shut-off gas supply nozzle 129 is stopped, and the second opening 126 is closed.
  • high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 128 to the high-frequency antenna 123 while supplying hydrogen gas (plasma generation gas) and silane gas (raw material gas) from the second gas supply port 124.
  • the i layer 22 is formed by generating plasma by inductive coupling to decompose the source gas and depositing the decomposed source on the substrate S.
  • the substrate S is heated to a predetermined temperature by the heater of the second substrate base.
  • the supply of gas from the second gas supply port 124 is stopped, and the pressure in the i layer film formation chamber 12 is a predetermined value when the substrate S is transferred into the i layer film formation chamber 12.
  • the second opening 126 is opened.
  • the pressure in the substrate transfer chamber 15 is kept at the second transfer chamber pressure.
  • the substrate S is transferred from the i-layer film forming chamber 12 to the substrate transfer chamber in the same manner as when the substrate S is transferred from the substrate carry-in / out chamber 14 to the substrate transfer chamber 15 while ejecting hydrogen gas from the shut-off gas supply nozzle 129. 15 to transport. Thereafter, the second opening is closed.
  • the base portion 1521 is moved to the side of the n-layer deposition chamber 13 by the vertical movement means, and in parallel therewith, the n-layer deposition is performed in the same manner as when the substrate S is transferred to the p-layer deposition chamber 11.
  • the pressure in the membrane chamber 13 is set to a predetermined value (for example, 20 to 500 Pa).
  • the pressure in the substrate transfer chamber 15 is set to a third transfer chamber pressure that is the same as or slightly higher than the pressure in the n-layer film forming chamber 13. It should be noted that the pressure difference between the n-layer film forming chamber 13 and the substrate transfer chamber 15 is generally within 20%.
  • the third opening 136 is released while hydrogen gas is ejected from the cutoff gas supply nozzle 139.
  • the substrate S is placed on the third substrate stand 132 by the same method as when the substrate S is placed on the first substrate stand 112.
  • the base portion 1521 is moved from the n-layer deposition chamber 13 to the substrate transfer chamber 15 by the lateral movement means, and the third opening is closed.
  • silane gas and phosphine gas are used as the source gas, and the n layer 23 is formed using plasma generated by the capacitive coupling method by the same method as that for forming the p layer 21.
  • the supply of gas from the third gas supply port 134 is stopped, and the third opening 136 is opened while maintaining the pressure in the n layer film formation chamber 13.
  • the pressure in the substrate transfer chamber 15 remains the third transfer chamber pressure.
  • the substrate S is transferred from the n layer deposition chamber 13 to the substrate transfer chamber 15 by the same method as when the substrate S is transferred from the substrate carry-in / out chamber 14 to the substrate transfer chamber 15. Thereafter, the third opening 136 is closed. Then, after evacuating the substrate carry-in / out chamber 14 and the substrate transfer chamber 15, the substrate S is transferred from the substrate transfer chamber 15 to the substrate carry-in / out chamber 14. Finally, after the substrate carry-in / out chamber 14 is set to atmospheric pressure, the substrate S is taken out from the substrate carry-in / out chamber 14.
  • the present invention is not limited to this embodiment.
  • the same hydrogen gas as the plasma generation gas is used as the cutoff gas and the pressure adjusting gas, but an inert gas such as a nitrogen gas or a rare gas may be used instead.
  • the pressure in each film formation chamber at the time of substrate transfer may be set regardless of the pressure at the time of film formation, or may be set to the same value as the pressure at the time of film formation. If the capacity of the exhaust device 155 in the substrate transfer chamber 15 is not sufficient, the film formation chamber pressure during film transfer is set so that the pressure difference between the film transfer chamber and the substrate transfer chamber 15 is within a predetermined range. Higher than the pressure in the film formation chamber at the time. Further, if the pressure in each film formation chamber at the time of transporting the substrate is set to the same value as the pressure at the time of film formation in each film formation chamber, the pressure adjustment time is shortened and the productivity of the solar cell is improved.
  • the p layer 21, the i layer 22, and the n layer 23 are formed in this order. However, they may be formed in the reverse order. Further, as shown in FIG. 2 (b), the first p layer 211, the first i layer 221, the first n layer 231, the second p layer 212, the second i layer 222, the second n layer A tandem-type thin film solar cell in which the layers 232 are stacked in order can also be manufactured by performing film formation twice in the p-layer film formation chamber 11, the i-layer film formation chamber 12, and the n-layer film formation chamber 13. .
  • one of the first i layer 221 and the second i layer 222 is made of amorphous silicon and the other is made of polycrystalline silicon, both absorb light energy in different wavelength bands. Efficiency can be increased.

Abstract

　薄膜積層体の各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる薄膜製造装置を提供する。　容量結合方式でプラズマを生成する容量結合プラズマ成膜室１１と、誘導結合方式でプラズマを生成する誘導結合プラズマ成膜室１２と、容量結合プラズマ成膜室１１と誘導結合プラズマ成膜室１２の間で基板Ｓを搬送する基板搬送手段１５２を内部に備える基板搬送室１５と、基板搬送室１５内の圧力を切り替える搬送時圧力切り替え手段（圧力調整ガス供給口１４４及び排気装置１５５）を備える。ここで、基板搬送室１５内の圧力は、容量結合プラズマ成膜室１１と基板搬送室１５の間で基板を搬出入する際には容量結合プラズマ生成時の圧力に近い値に設定し、誘導結合プラズマ成膜室１２と基板搬送室１５の間で基板を搬出入する際には誘導結合プラズマ生成時の圧力に近い値に設定する。

Description

薄膜製造装置、太陽電池製造装置、薄膜製造方法及び太陽電池製造方法
　本発明は、複数の薄膜が積層された薄膜積層体を製造するための装置に関する。この装置は薄膜太陽電池の製造に好適に用いることができるものである。
　太陽電池の一種に、p型半導体層（p層）、真性半導体層（i層）及びn型半導体層（n層）がこの順で積層されたpin型薄膜太陽電池がある。近年、太陽電池の需要の増加に伴いバルクのシリコン結晶が入手困難となってきたため、バルクシリコン結晶を使用する必要のないpin型薄膜太陽電池の注目度が増している。
　pin型薄膜太陽電池は、初期の頃にはp層、i層及びn層を同一のチャンバ内で順に作製することにより作製されていた（特許文献１参照）。しかし、この方法ではp層、i層、n層の各層に他の層の原料が混入するおそれがある。特に、p層にドープされるべきドーピング原子（ドナー原子）がi層やn層に混入したり、n層にドープされるべきドーピング原子（アクセプタ原子）がp層やi層に混入したりすると、各層は所定の電気的特性を持たなくなってしまう。
　特許文献２には、内部に基板搬送装置が配置されたセンター真空チャンバの周囲に、p層作製チャンバ、i層作製チャンバ及びn層作製チャンバが配置された太陽電池の製造装置が記載されている。この装置では、p層（又はn層）作製チャンバにおいて基板上にp層（n層）を作製し、次に基板をi層作製チャンバに搬送したうえでp層（n層）の上にi層を形成し、最後に基板をn層（最初にn層を作製した場合にはp層）作製チャンバに搬送したうえでi層の上にn層（p層）を作製する。
　特許文献３には、p層及びn層は容量結合型プラズマ生成装置を用いて作製し、i層は誘導結合型プラズマ生成装置を用いて作製することが記載されている。容量結合型プラズマ生成装置と誘導結合型プラズマ生成装置を使い分ける理由は次の通りである。
　p層及びn層は不純物がドープされることによりi層よりも格子欠陥が生じやすい。格子欠陥は電子を散乱させるため、エネルギーが損失する原因となる。そこで、pin型太陽電池では全体として格子欠陥が少なくなるように、p層及びn層はできるだけ薄く（数nm～数十nm）する一方、i層は十分に厚く（数百nm～数千nm）する。ここでi層の厚みは、光のエネルギーを十分に吸収するために必要な大きさに定められる。
　誘導結合型プラズマ生成装置を用いると、容量結合型プラズマ生成装置を用いた場合よりも速い速度で薄膜を作製することができる。しかし、誘導結合型プラズマ生成装置は容量結合型プラズマ生成装置よりも高価である。そこで、厚みが大きいi層は速い速度で成膜するために誘導結合型プラズマ生成装置を用いて作製し、厚みが小さいp層及びn層はコストを抑えるために容量結合型プラズマ生成装置を用いて作製するのが一般的である。
特開昭57-095677号公報（第3頁右上欄20行目～左下欄13行目、図1） 特開平08-236795号公報（[0013]～[0027]、図1） 特開2001-291882号公報（[0048]）
　特許文献３に記載のように誘導結合型プラズマ生成装置と容量結合型プラズマ生成装置を組み合わせて用いると、以下の問題が生じる。誘導結合型プラズマ生成装置では0.1Pa～10Pa程度の圧力下でプラズマを生成するのに対して、容量結合型プラズマ生成装置では数十Pa～数百Paの圧力下でプラズマを生成する。そのため、p層又はn層を作製するためのチャンバとi層を作製するためのチャンバの間で基板を搬送する際に、p層又はn層作製チャンバからi層作製チャンバにガスが流入する。このガスの影響により、p層又はn層にドープする不純物原子によりi層が汚染される。
　ここまではpin型薄膜太陽電池を製造する場合を例に説明したが、トランジスタや発光ダイオード等を作製する場合にも同様の問題が生じる。
　本発明が解決しようとする課題は、誘導結合型プラズマ生成装置と容量結合型プラズマ生成装置を組み合わせて用いるものであって、薄膜積層体の各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる薄膜製造装置、太陽電池製造装置、及び薄膜製造方法を提供することである。
　上記課題を解決するために成された本発明に係る薄膜製造装置は、基板上に薄膜の積層体を作製する装置であって、
　a) 容量結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、容量結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第１の開口部を備える容量結合プラズマ成膜室と、
　b) 誘導結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、誘導結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第２の開口部を備える誘導結合プラズマ成膜室と、
　c) 前記第１開口部を通して前記容量結合プラズマ成膜室と連通すると共に前記第２開口部を通して前記誘導結合プラズマ成膜室と連通し、前記容量結合プラズマ成膜室と前記誘導結合プラズマ成膜室の間で前記基板を搬送する基板搬送手段を内部に備える基板搬送室と、
　d) 前記基板搬送室内の圧力を、前記容量結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該容量結合プラズマ生成時圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力と、前記誘導結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該誘導結合プラズマ生成時圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力のいずれかに切り替える搬送室圧力切り替え手段と、
　を備えることを特徴とする。
　前記第１の所定値が大きくなる（即ち基板搬送室内の圧力と容量結合プラズマ生成時圧力の差が大きくなる）と、成膜ガスが容量結合プラズマ成膜室から基板搬送室に侵入することをより確実に防ぐことができるという利益が生じる。一方、基板搬送室内のガスが大量に容量結合プラズマ成膜室に流入することから成膜前に容量結合プラズマ成膜室内のガスを成膜ガスに置換するために要する時間が長くなるという不利益が生じる。第１の所定値は上記利益と不利益を勘案して適宜定める。第２の所定値についても同様である。
　本発明に係る薄膜製造装置の動作を説明する。この装置では、少なくとも第１の薄膜と第２の薄膜の２層（３層以上も可）が積層した薄膜積層体が基板上に作製される。以下、第１薄膜を作製した後に、第１薄膜の表面に第２薄膜を作製する場合を例として説明する。
　まず、容量結合プラズマ成膜室で基板上に第１薄膜が作製される。第１薄膜の作製後、基板搬送室内の圧力が第１の搬送室圧力に設定される。この圧力の状態で第１開口部が開放され、基板が容量結合プラズマ成膜室から第１開口部を通って基板搬送室に搬送される。次に、基板搬送室内の圧力が第１の搬送室圧力から第２の搬送室圧力に切り替えられる。その状態で第２開口部が開放され、基板が基板搬送室から第２開口部を通って誘導結合プラズマ成膜室内に搬送される。そして、誘導結合プラズマ成膜室で第１薄膜上に第２薄膜が作製されることにより、第１薄膜と第２薄膜の積層体が得られる。
　上記と同様の方法により、誘導結合プラズマ成膜室において第２薄膜を作製した後に、容量結合プラズマ成膜室において第２薄膜上に第１薄膜を作製することもできる。
　本発明に係る薄膜製造装置では、容量結合プラズマ成膜室と基板搬送室の間で基板を搬送する際に基板搬送室内の圧力を容量結合プラズマ成膜室内の圧力と同じかそれよりも所定値だけ高い第１の搬送室圧力に設定する。そのため、容量結合プラズマ成膜室から基板搬送室に成膜ガスが移動することを抑制することができる。同様に、誘導結合プラズマ成膜室と基板搬送室の間で基板を搬送する際にも、誘導結合プラズマ成膜室から基板搬送室に成膜ガスが移動することを抑制することができる。そのため、各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる。
　本発明に係る薄膜製造装置において、前記第１開口部及び／又は前記第２開口部の近傍に、前記容量結合プラズマ成膜室及び／又は誘導結合プラズマ成膜室と前記基板搬送室の間のガスの移動を遮断するための遮断ガスを供給する遮断ガス供給手段を備えることができる。これにより、基板搬送室と容量結合プラズマ成膜室の間及び／又は基板搬送室と誘導結合プラズマ成膜室の間のガスの移動を一層抑制することができる。
　遮断ガスには、薄膜の材料と反応しないという点で、希ガス又は窒素ガスなどの不活性ガスを好適に用いることができる。一方、誘導結合プラズマ成膜室及び容量結合プラズマ成膜室ではプラズマを生成するためにプラズマ生成ガス（例えば水素ガス）が用いられる。プラズマ生成ガスには薄膜に不純物として混入しないものが用いられるため、遮断ガスにもプラズマ生成ガスと同じガスを好適に用いることができる。このように遮断ガスとプラズマ生成ガスに同じガスを用いると、ガス源を共通化することができるため装置構成を簡素化することができる。
　前記容量結合プラズマ成膜室を少なくとも２室、前記誘導結合プラズマ成膜室を少なくとも１室備え、
　２室の前記容量結合プラズマ成膜室の一方がp型半導体薄膜の成膜室であって他方がn型半導体薄膜の成膜室であり、
　１室の前記誘導結合プラズマ成膜室が真性（i型）半導体薄膜の成膜室である、
薄膜製造装置は太陽電池製造装置として好適に用いることができる。
　本発明に係る薄膜製造方法の第１の態様のものは、少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
　a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
　b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に搬送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に搬送する工程と、
　c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
を有することを特徴とする。
　本発明に係る薄膜製造方法の第２の態様のものは、少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
　a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
　b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に搬送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に搬送する工程と、
　c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
を有することを特徴とする。
　本発明に係る太陽電池製造方法は、基板上に少なくとも、p型半導体又はn型半導体の薄膜から成る第１層と、真性半導体の薄膜から成る第２層と、前記第１層がp型半導体である場合にはn型半導体から成り、前記第１層がn型半導体である場合にはp型半導体から成る第３層と、を積層した太陽電池を製造する方法であって、
　a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより前記第１層を作製する工程と、
　b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に搬送する工程であって、前記基板を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に搬送する工程と、
　c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
　d) 前記基板を前記第２の搬送室圧力下で前記第２成膜室から前記搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第３成膜室圧力と同じか又は後記第３成膜室圧力よりも第３の所定値だけ高い第３の搬送室圧力に変化させ、該基板を第３の成膜室に搬送する工程と、
　e) 前記第３成膜室内において、第３の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第３層の材料を前記第２層上に堆積させることにより第３層を作製する工程と、
を有することを特徴とする。
　上記第１及び第２の太陽電池製造方法において、第１成膜室圧力及び第３成膜室圧力は上記容量結合プラズマ生成時圧力に対応し、第２成膜室圧力は上記誘導結合プラズマ生成時圧力に対応する。
　なお、本願では便宜上、「基板上」、「第１層上」等のように「上」という語を用いるが、この語は装置の使用時又は薄膜若しくは太陽電池の製造時における基板や薄膜等の向きを限定するものではない。例えば、基板や第１層等における薄膜形成面を横向きや下向きなど、上向き以外にした場合も本発明の範囲内に含まれる。
　本発明により、容量結合型プラズマ生成装置と誘導結合型プラズマ生成装置、基板搬送装置を組み合わせて、各プラズマ生成装置と基板搬送装置との間で薄膜積層体（又は基板）を移動させる時に、基板搬送装置内の圧力を、各プラズマ生成装置内の圧力と同じか又は各プラズマ生成装置内の圧力よりも高く設定することで、薄膜積層体を作製する際に薄膜積層体の各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる。これにより、太陽電池などの薄膜積層体を高品質で高速且つ低コストで作製することができる。
本発明に係る太陽電池製造装置（薄膜製造装置）の一実施例を示す概略構成図。 本実施例の太陽電池製造装置により作製されるpin型薄膜太陽電池(a)及びタンデム型太陽電池(b)の一例を示す縦断面図。
　本発明の実施例として、図１を用いて、太陽電池製造装置及び太陽電池製造方法の一実施例を説明する。
　この太陽電池製造装置及び方法は図２(a)に示すpin型薄膜太陽電池２０を製造するためのものである。pin型薄膜太陽電池２０は、ガラス等から成る透明基板Ｓ上に設けられており、p型半導体薄膜（p層）２１、真性半導体薄膜（i層）２２及びn型半導体薄膜（n層）２３がこの順で積層され、これら３層の積層体を下部透明電極２４と上部電極２５で挟んだ構成を有する。p層２１はシリコンに微量のホウ素がドープされたp型半導体から成り、i層２２は単体のシリコン（真性半導体）から成り、n層２３はシリコンに微量のリンがドープされたn型半導体から成る。p層２１及びn層２３の厚みは数nmであるのに対して、i層２２の厚みはp層２１及びn層２３よりも十分に厚く、約600nmである。
　本実施例の太陽電池製造装置１０は、p型半導体薄膜成膜室（p層成膜室）１１、真性半導体薄膜成膜室（i層成膜室）１２、n型半導体薄膜成膜室（n層成膜室）１３、基板搬出入室１４及び基板搬送室１５を有する。
　p層成膜室１１は、第１真空容器１１１、下部電極を兼用する第１基板台１１２、第１上部電極１１３、第１ガス供給口１１４、第１排気装置１１５及び第１開口部１１６を有する。
　第１基板台１１２は第１真空容器１１１内に設けられ、基板Ｓを載置すると共に第１上部電極１１３との間に高周波電圧を印加するための接地電極としての役割を有する。また、第１基板台１１２は基板Ｓを加熱するためのヒータ及び加熱時の温度を測定するための熱電対を内蔵している。第１上部電極１１３は第１基板台１１２に向かい合うように第１真空容器１１１内に設けられている。第１上部電極１１３はインピーダンス整合器１１７を介して高周波電源１１８に接続されている。第１ガス供給口１１４は第１上部電極１１３を通過して第１上部電極１１３の下面に達する管の開口部であり、p層２１の原料ガス及び上記高周波電圧が印加されることによりプラズマ化するプラズマ生成ガスを供給するためのものである。これら第１基板台１１２、第１上部電極１１３及び第１ガス供給口１１４により容量結合プラズマ生成手段が構成される。
　第１排気装置１１５は第１真空容器１１１内を真空にするための真空ポンプから成る。
　第１開口部１１６は開放及び気密な閉鎖が可能なゲートを有し、p層成膜室１１と基板搬送室１５を連通させる。また、第１開口部１１６の基板搬送室１５側には、遮断ガスを第１開口部１１６近傍に噴出させる遮断ガス供給ノズル（遮断ガス供給手段）１１９が設けられている。遮断ガス供給ノズル１１９から遮断ガスを噴出させると、第１開口部１１６にエアカーテンが形成される。これにより、第１開口部１１６の開口時にp層成膜室１１内の気体と基板搬送室１５内の気体の間が混じり合うことを防ぐことができる。
　i層成膜室１２は、第２真空容器１２１、第２基板台１２２、高周波アンテナ１２３、第２ガス供給口１２４、第２排気装置１２５及び第２開口部１２６を有する。
　第２基板台１２２は基板Ｓを載置するためのものであると共に、基板Ｓを所定の温度に加熱するためのヒータ及び熱電対を有する。但し、第１基板台１１２とは異なり、第２基板台１２２は電極としての役割は有しない。
　高周波アンテナ１２３は、第２真空容器１２１内に高周波電磁界を生成するためのものである。高周波アンテナ１２３は、第２真空容器１２１の上壁から第２真空容器１２１内に突出するように設けられたアンテナ保持部１２３１に複数個取り付けられている。各高周波アンテナは、第２真空容器１２１上壁側から見てＵ字形の形状を有する。これら複数の高周波アンテナ１２３はインピーダンス整合器１２７を介して高周波電源１２８に並列に接続されている。第２ガス供給口１２４は第２基板台１２２の上面の近傍に設けられており、i層２２の原料ガスとプラズマ生成ガスを第２真空容器１２１内に供給するためのものである。これら高周波アンテナ１２３及び第２ガス供給口１２４により誘導結合プラズマ生成手段が構成される。
　第２排気装置１２５及び第２開口部１２６は第１排気装置１１５及び第１開口部１１６と同様の構成を有する。
　n層成膜室１３は、第３真空容器１３１、下部電極を兼用する第３基板台１３２、第３上部電極１３３、第３ガス供給口１３４、第３排気装置１３５、及び第３開口部１３６を有する。これらn層成膜室１３の各構成要素はp層成膜室１１の上記各構成要素と同様の構成を有する。
　基板搬出入室１４は、第４真空容器１４１、第４基板台１４２、及び第４真空容器１４１内を真空にするための第４排気装置１４５を有する。第４真空容器１４１には、基板搬出入室１４と基板搬送室１５を連通させる基板搬送室側開口部１４６１と、基板搬出入室１４と外部を連通させる外部側開口部１４６２が設けられている。基板搬送室側開口部１４６１と外部側開口部１４６２にはそれぞれ開放及び気密な閉鎖が可能なゲートが設けられている。
　基板搬送室１５は直方体状の第５真空容器１５１、第５真空容器１５１の長手方向の一端に設けられた圧力調整ガス供給口１５４、及び前記長手方向の他端に設けられた第５排気装置１５５を有する。第５真空容器１５１内の圧力は、圧力調整ガス供給口１５４から圧力調整ガスを供給することにより上昇（真空度を低下）させることができる。また、第５排気装置１５５により第５真空容器内の圧力を低下（真空度を上昇）させることができる。このように、圧力調整ガス供給口１５４及び第５排気装置１５５により、第５真空容器１５１内の圧力を調整することができる。
　基板搬送室１５の第５真空容器１５１には、第５排気装置１５５に近い側から順にi層成膜室１２、n層成膜室１３、p層成膜室１１、基板搬出入室１４が、長手方向に並列に接続されている。ここでi層成膜室１２を第５排気装置１５５に最も近い位置に配置した理由は、基板搬送室１５とi層成膜室１２との間で基板Ｓの搬出入を行う際に基板搬送室１５内の圧力を最も低く（真空度を最も高く）する必要があるためである。
　第５真空容器１５１内には、基板搬送装置１５２が設けられている。基板搬送装置１５２は、板状のベース部１５２１と、ベース部１５２１の下面に設けられた、基板Ｓを把持及び解放可能な基板把持具１５２２と、ベース部１５２１を第５真空容器１５１の長手方向（縦方向）に移動させる縦移動手段（図示せず）と、ベース部１５２１を横方向に移動させる横移動手段（図示せず）を有する。
　本実施例では、p層２１の原料ガスにはシランとジボランの混合ガスを、i層２２の原料ガスにはシランを、n層２３の原料ガスにはシランとフォスフィンの混合ガスを、それぞれ用いる。プラズマ生成ガスには、いずれの成膜室においても水素ガスを用いる。また、遮断ガス及び圧力調整ガスにも水素ガスを用いる。このように遮断ガス及び圧力調整ガスにプラズマ生成ガスと同じガスを用いることにより、ガス源を共通化することができるため装置構成を簡素化することができる。
　本実施例の太陽電池製造装置１０を用いてpin型薄膜太陽電池２０を製造する方法を説明する。まず、基板搬出入室１４の外部側開口部１４６２を開放し、公知の搬送ロボットを用いて第４基板台１４２に基板Ｓを載置する。次に外部側開口部１４６２を閉鎖したうえで、第４排気装置１４５により基板搬出入室１４内の圧力を0.1Pa～10Paまで下げる。それと共に、第５排気装置１５５により基板搬送室１５内を基板搬出入室１４内と同じか、基板搬出入室１４内よりもやや高い圧力まで下げる。なお、基板搬出入室１４内と基板搬送室１５内との圧力差がおおむね20%以内になるようにする。次に、基板搬出入室１４の基板搬送室側開口部１４６１を開放する。そして、横移動手段により基板搬送装置１５２のベース部１５２１を基板搬出入室１４内に移動させ、第４基板台１４２上の基板Ｓを基板把持具１５２２により把持する。次に、横移動手段によりベース部１５２１を基板搬出入室１４から基板搬送室１５に移動させることにより、基板Ｓを基板搬出入室１４から基板搬送室１５に搬送する。その後、基板搬送室側開口部１４６１を閉鎖する。
　次に、基板搬送装置１５２が有する縦移動手段によりベース部１５２１をp層成膜室１１の真横に移動させる。それと並行して、以下のようにp層成膜室１１内及び基板搬送室１５内の圧力を調整する。
　第１排気装置１１５により、p層成膜室１１内を真空引きする。さらに、第１ガス供給口１１４から水素ガスを供給することにより、p層成膜室１１内の圧力を所定値（例えば20～500Pa）まで上昇（真空度を低下）させる。一方、第５排気装置１５５により基板搬送室内１５を真空引きしたうえで、圧力調整ガス供給口１５４から水素ガスを供給する。これにより、p層成膜室１１と同じ又はそれよりもやや高い第１の搬送室圧力まで基板搬送室１５内の圧力を上昇（真空度を低下）させる。なお、p層成膜室１１内と基板搬送室１５内との圧力差がおおむね20%以内になるようにする。
　次に、遮断ガス供給ノズル１１９から水素ガスを噴出させつつ第１開口部１１６を開放する。そして、横移動手段によりベース部１５２１をp層成膜室１１内に入れ、基板把持具１５２２から基板Ｓを解放することにより、基板Ｓをp層成膜室１１の第１基板台１１２上に載置する。その後、横移動手段によりベース部１５２１をp層成膜室１１から基板搬送室１５に移動させ、第１開口部１１６を閉鎖すると共に遮断ガス供給ノズル１１９からの水素ガスの噴出を停止する。
　そして、第１ガス供給口１１４から水素ガス（プラズマ生成ガス）並びにシランガス及びジボランガス（原料ガス）を供給しつつ、高周波電源１１８により第１基板台１１２と第１上部電極１１３の間に高周波電圧を印加する。これにより、容量結合方式でプラズマを生成して原料ガスを分解させ、分解した原料を基板Ｓ上に堆積させることにより、p層２１を成膜する。成膜中には、第１基板台１１２が有するヒータにより、基板Ｓを所定の温度に加熱する。
　p層２１の成膜後、第１ガス供給口１１４からのガスの供給を停止し、p層成膜室１１の圧力を維持し、第１開口部１１６を開放する。その際、基板搬送室１５内の圧力は第１の搬送室圧力のままとする。そして、遮断ガス供給ノズル１１９から水素ガスを噴出させつつ、基板搬出入室１４から基板搬送室１５へ基板Ｓを搬送した時と同様の方法により、基板Ｓをp層成膜室１１から基板搬送室１５に搬送する。その後、第１開口部１１６を閉鎖する。
　次に、縦移動手段によりベース部１５２１をi層成膜室１２の真横に移動させる。それと並行して、第２排気装置１２５及び第２ガス供給口１２４によりi層成膜室１２内の圧力を誘導結合プラズマ生成時圧力である0.1～10Paの間の所定値にする。さらに、第５排気装置１５５により基板搬送室１５内の圧力を誘導結合プラズマ生成時と同じ又はそれよりもやや高い第２搬送室圧力まで低く（真空度を高く）する。なお、i層成膜室１２内と基板搬送室１５内との圧力差がおおむね20%以内になるようにする。次に、遮断ガス供給ノズル１２９から水素ガスを噴出させつつ第２開口部１２６を開放し、第１基板台１１２に基板Ｓを載置した時と同様の方法により、基板Ｓを第２基板台１２２の上に載置する。次に横移動手段によりベース部１５２１をi層成膜室１２から基板搬送室１５に移動させ、遮断ガス供給ノズル１２９からの水素ガスの供給を停止すると共に、第２開口部１２６を閉鎖する。そして、第２ガス供給口１２４から水素ガス（プラズマ生成ガス）及びシランガス（原料ガス）を供給しつつ、高周波電源１２８から高周波アンテナ１２３に高周波電力を投入する。これにより、誘導結合方式でプラズマを生成して原料ガスを分解させ、分解した原料を基板Ｓ上に堆積させることにより、i層２２を成膜する。成膜中は、第２基板台が有するヒータにより、基板Ｓを所定の温度に加熱する。
　i層２２の成膜後、第２ガス供給口１２４からのガスの供給を停止し、ｉ層成膜室１２の圧力を、基板Ｓをi層成膜室１２内へ搬送した時の所定値にした後、第２開口部１２６を開放する。その際、基板搬送室１５内の圧力は第２搬送室圧力のままとする。そして、遮断ガス供給ノズル１２９から水素ガスを噴出させつつ、基板搬出入室１４から基板搬送室１５へ基板Ｓを搬送した時と同様の方法により、基板Ｓをi層成膜室１２から基板搬送室１５に搬送する。その後、第２開口部を閉鎖する。
　次に、縦移動手段によりベース部１５２１をn層成膜室１３の真横に移動させ、それと並行して、p層成膜室１１への基板Ｓの搬送時と同様の方法により、n層成膜室１３内の圧力を所定値（例えば20～500Pa）とする。さらに、基板搬送室１５内の圧力をn層成膜室１３内の圧力と同じかそれよりもやや高い第３搬送室圧力に設定する。なお、n層成膜室１３内と基板搬送室１５内との圧力差がおおむね20%以内になるようにする。次に遮断ガス供給ノズル１３９から水素ガスを噴出させつつ、第３開口部１３６を解放する。そして、第１基板台１１２に基板Ｓを載置した時と同様の方法により、基板Ｓを第３基板台１３２上に載置する。次に、横移動手段によりベース部１５２１をn層成膜室１３内から基板搬送室１５へ移動させ、第３開口部を閉鎖する。その後、原料ガスにシランガスとホスフィンガスを用い、p層２１の成膜時と同様の方法により、容量結合方式で生成したプラズマを用いてn層２３を成膜する。
　n層２３の成膜後、第３ガス供給口１３４からのガスの供給を停止し、n層成膜室１３内の圧力を維持したままで、第３開口部１３６を開放する。その際、基板搬送室１５内の圧力は第３搬送室圧力のままとする。基板搬出入室１４から基板搬送室１５へ基板Ｓを搬送した時と同様の方法により、基板Ｓをn層成膜室１３から基板搬送室１５に搬送する。その後、第３開口部１３６を閉鎖する。そして、基板搬出入室１４内及び基板搬送室１５内を真空引きしたうえで、基板Ｓを基板搬送室１５から基板搬出入室１４に搬送する。最後に、基板搬出入室１４を大気圧にした後に、基板Ｓを基板搬出入室１４から取り出す。
　ここまで本発明の一実施例を説明したが、本発明はこの実施例には限定されない。例えば、上記実施例では遮断ガスや圧力調整ガスにプラズマ生成ガスと同じ水素ガスを用いたが、その代わりに窒素ガスや希ガスなどの不活性ガスを用いてもよい。基板搬送時の各成膜室の圧力は、成膜時の圧力と無関係に設定しても、あるいは成膜時の圧力と同じ値に設定してもよい。基板搬送室１５の排気装置１５５の能力が十分でない場合は、成膜室と基板搬送室１５との圧力差が所定の範囲内に収まるように、基板搬送時の成膜室の圧力を成膜時の成膜室の圧力よりも高くする。また基板搬送時の各成膜室の圧力をそれぞれの成膜室における成膜時の圧力と同じ値に設定すれば、圧力の調整時間が、短縮され、太陽電池の生産性が向上する。
　また、上記実施例ではp層２１、i層２２、n層２３の順に形成する例を示したが、この逆の順に形成することもできる。更に、図２(b)に示すように第１のp層２１１、第１のi層２２１、第１のn層２３１、第２のp層２１２、第２のi層２２２、第２のn層２３２の順に積層したタンデム型の薄膜太陽電池についても、p層成膜室１１、i層成膜室１２及びn層成膜室１３において２回ずつ成膜を行うことにより作製することができる。ここで、第１のi層２２１と第２のi層２２２の一方をアモルファスシリコン、他方を多結晶シリコンとすれば、両者が異なる波長帯の光のエネルギーを吸収するため、光のエネルギーの利用効率を高めることができる。
　ここまでは太陽電池を製造する場合を例に説明したが、本発明は太陽電池の製造と同様の方法でダイオードやトランジスタ等の半導体素子の製造にも適用することができる。
１０…太陽電池製造装置
１１…p層成膜室
１１１…第１真空容器
１１２…第１基板台
１１３…第１上部電極
１１４…第１ガス供給口
１１５…第１排気装置
１１６…第１開口部
１１７、１２７、１３７…インピーダンス整合器
１１８、１２８、１３８…高周波電源
１１９、１２９、１３９…遮断ガス供給ノズル
１２…i層成膜室
１２１…第２真空容器
１２２…第２基板台
１２３…高周波アンテナ
１２３１…アンテナ保持部
１２４…第２ガス供給口
１２５…第２排気装置
１２６…第２開口部
１３…n層成膜室
１３１…第３真空容器
１３２…第３基板台
１３３…第３上部電極
１３４…第３ガス供給口
１３５…第３排気装置
１３６…第３開口部
１４…基板搬出入室
１４１…第４真空容器
１４２…第４基板台
１４５…第４排気装置
１４６１…基板搬送室側開口部
１４６２…外部側開口部
１５…基板搬送室
１５１…第５真空容器
１５２…基板搬送装置
１５２１…ベース部
１５２２…基板把持具
１５４…圧力調整ガス供給口
１５５…第５排気装置
２０…pin型薄膜太陽電池
２１、２１１、２１２…p層
２２、２２１、２２２…i層
２３、２３１、２３２…n層
２４…下部透明電極
２５…上部電極
Ｓ…透明基板

Claims (9)

  1. 　基板上に薄膜の積層体を作製する装置であって、
    　a) 容量結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、容量結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第１の開口部を備える容量結合プラズマ成膜室と、
    　b) 誘導結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、誘導結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第２の開口部を備える誘導結合プラズマ成膜室と、
    　c) 前記第１開口部を通して前記容量結合プラズマ成膜室と連通すると共に前記第２開口部を通して前記誘導結合プラズマ成膜室と連通し、前記容量結合プラズマ成膜室と前記誘導結合プラズマ成膜室の間で前記基板を搬送する基板搬送手段を内部に備える基板搬送室と、
    　d) 前記基板搬送室内の圧力を、前記容量結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該容量結合プラズマ生成時圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力と、前記誘導結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該誘導結合プラズマ生成時圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力のいずれかに切り替える搬送室圧力切り替え手段と、
    　を備えることを特徴とする薄膜製造装置。
  2. 　前記搬送室圧力切り替え手段が前記基板搬送室内の気体を排気する排気装置と前記基板搬送室内に気体を供給する圧力調整ガス供給口を有し、前記誘導結合プラズマ成膜室が前記容量結合プラズマ成膜室よりも前記排気装置に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
  3. 　前記第１開口部及び／又は前記第２開口部の近傍に、前記容量結合プラズマ成膜室及び／又は誘導結合プラズマ成膜室と前記基板搬送室の間のガスの移動を遮断するための遮断ガスを供給する遮断ガス供給手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜製造装置。
  4. 　前記遮断ガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜製造装置。
  5. 　前記遮断ガスが、前記容量結合プラズマ成膜室及び前記誘導結合プラズマ成膜室においてプラズマを生成するために用いられるプラズマ生成ガスと同じガスであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜製造装置。
  6. 　前記容量結合プラズマ成膜室を少なくとも２室、前記誘導結合プラズマ成膜室を少なくとも１室備え、
    　２室の前記容量結合プラズマ成膜室の一方がp型半導体薄膜の成膜室であって他方がn型半導体薄膜の成膜室であり、
    　１室の前記誘導結合プラズマ成膜室が真性半導体薄膜の成膜室である、
    ことを特徴とする請求項１～２のいずれかに記載の薄膜製造装置を用いた太陽電池製造装置。
  7. 　少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
    　a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
    　b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に搬送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に搬送する工程と、
    　c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
    を有することを特徴とする薄膜製造方法。
  8. 　少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
    　a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
    　b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に搬送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に搬送する工程と、
    　c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
    を有することを特徴とする薄膜製造方法。
  9. 　基板上に少なくとも、p型半導体又はn型半導体の薄膜から成る第１層と、真性半導体の薄膜から成る第２層と、前記第１層がp型半導体である場合にはn型半導体から成り、前記第１層がn型半導体である場合にはp型半導体から成る第３層と、を積層した太陽電池を製造する方法であって、
    　a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより前記第１層を作製する工程と、
    　b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に搬送する工程であって、前記基板を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に搬送する工程と、
    　c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
    　d) 前記基板を前記第２の搬送室圧力下で前記第２成膜室から前記搬送室に搬送した後、該搬送室内の圧力を後記第３成膜室圧力と同じか又は後記第３成膜室圧力よりも第３の所定値だけ高い第３の搬送室圧力に変化させ、該基板を第３の成膜室に搬送する工程と、
    　e) 前記第３成膜室内において、第３の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第３層の材料を前記第２層上に堆積させることにより第３層を作製する工程と、
    を有することを特徴とする太陽電池製造方法。
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